Android處理序間通訊（IPC）機制Binder介紹

        在Android系統中，每一個應用程式都是由一些Activity和Service組成的，一般Service運行在獨立的進程中，當然也有可能運行在與Activity相同的進程中。不在同一個進程的Activity或者Service是如何通訊的呢？這就是本文中要介紹的Binder處理序間通訊機制了。

        Android系統是基於Linux核心的，而Linux核心繼承和相容了豐富的Unix系統處理序間通訊（IPC）機制。有傳統的管道（Pipe）、訊號（Signal）和跟蹤（Trace），這三項通訊手段只能用於父進程與子進程之間，或者兄弟進程之間；後來又增加了命令管道（Named
Pipe），使得處理序間通訊不再局限於父子進程或者兄弟進程之間；為了更好地支援商業應用中的交易處理，在AT&T的Unix系統V中，又增加了三種稱為“System V IPC”的處理序間通訊機制，分別是報文隊列（Message）、共用記憶體（Share Memory）和訊號量（Semaphore）；後來BSD Unix對“System V IPC”機制進行了重要的擴充，提供了一種稱為插口（Socket）的處理序間通訊機制。若想進一步詳細瞭解這些處理序間通訊機制，建議參考Android學習啟動篇一文中提到《Linux核心原始碼情景分析》一書。

 
       Android系統沒有採用上述提到的各種處理序間通訊機制，而是採用Binder機制，難道是因為考慮到了行動裝置硬體效能較差、記憶體較低的特點，不得而知。Binder其實也不是Android提出來的一套新的處理序間通訊機制，它是基於OpenBinder來實現的。OpenBinder最先是由Be
Inc.開發的，接著Palm
Inc.也跟著使用。現在OpenBinder的作者Dianne
Hackborn就是在Google工作，負責Android平台的開發工作。

 
        Binder是一種處理序間通訊機制，它是一種類似於COM和CORBA分布式組件架構，通俗一點，其實是提供遠端程序呼叫（RPC）功能。從英文字面上意思看，Binder具有粘結劑的意思，那麼它把什麼東西粘結在一起呢？在Android系統的Binder機制中，由一系統組件組成，分別是Client、Server、Service Manager和Binder驅動程式，其中Client、Server和Service Manager運行在使用者空間，Binder驅動程式運行核心空間。Binder就是一種把這四個組件粘合在一起的粘結劑了，其中，核心組件便是Binder驅動程式了，Service
Manager提供了輔助管理的功能，Client和Server正是在Binder驅動和Service Manager提供的基礎設施上，進行Client-Server之間的通訊。Service Manager和Binder驅動已經在Android平台中實現好，開發人員只要按照規範實現自己的Client和Server組件就可以了。說起來簡單，做起難，對初學者來說，Android系統的Binder機制是最難理解的了，而Binder機制無論從系統開發還是應用開發的角度來看，都是Android系統中最重要的組成，因此，很有必要深入瞭解Binder的工作方式。要深入瞭解Binder的工作方式，最好的方式莫過於是閱讀Binder相關的原始碼了，Linux的鼻祖Linus
Torvalds曾經曰過一句名言RTFSC：Read The Fucking Source Code。

      閱讀Binder的原始碼是學習Binder機制的最好的方式，但是也絕不能打無準備之仗，因為Binder的相關原始碼是比較枯燥無味而且比較難以理解的，如果能夠輔予一些理論知識，那就更好了。閑話少說，網上關於Binder機制的資料還是不少的，這裡就不想再詳細寫一遍了，強烈推薦下面兩篇文章：

        Android深入淺出之Binder機制

        Android Binder設計與實現 – 設計篇

        Android深入淺出之Binder機制一文從情景出發，深入地介紹了Binder在使用者空間的三個組件Client、Server和Service Manager的相互關係，Android Binder設計與實現一文則是詳細地介紹了核心空間的Binder驅動程式的資料結構和設計原理。非常感謝這兩位作者給我們帶來這麼好的Binder學習資料。總結一下，Android系統Binder機制中的四個組件Client、Server、Service Manager和Binder驅動程式的關係如所示：

       1. Client、Server和Service Manager實現在使用者空間中，Binder驅動程式實現在核心空間中

        2. Binder驅動程式和Service Manager在Android平台中已經實現，開發人員只需要在使用者空間實現自己的Client和Server

        3. Binder驅動程式提供裝置檔案/dev/binder與使用者空間互動，Client、Server和Service Manager通過open和ioctl檔案操作函數與Binder驅動程式進行通訊

        4. Client和Server之間的處理序間通訊通過Binder驅動程式間接實現

        5. Service Manager是一個守護進程，用來管理Server，並向Client提供查詢Server介面的能力

       對Binder機制總算是有了一個感性的認識，但仍然感到不能很好地從上到下貫穿整個IPC通訊過程，於是，打算通過下面四個情景來分析Binder原始碼，以進一步理解Binder機制：

        1. Service Manager是如何成為一個守護進程的？即Service Manager是如何告知Binder驅動程式它是Binder機制的上下文管理者。

        2. Server和Client是如何獲得Service Manager介面的？即defaultServiceManager介面是如何?的。

        3. Server是如何把自己的服務啟動起來的？Service Manager在Server啟動的過程中是如何為Server提供服務的？即IServiceManager::addService介面是如何?的。

        4  Service Manager是如何為Client提供服務的？即IServiceManager::getService介面是如何?的。

        在接下來的四篇文章中，將按照這四個情景來分析Binder原始碼，都將會涉及到使用者空間到核心空間的Binder相關原始碼。這裡為什麼沒有Client和Server是如何進行處理序間通訊的情景呢？ 這是因為Service Manager在作為守護進程的同時，它也充當Server角色。因此，只要我們能夠理解第三和第四個情景，也就理解了Binder機制中Client和Server是如何通過Binder驅動程式進行處理序間通訊的了。

        為了方便描述Android系統處理序間通訊Binder機制的原理和實現，在接下來的四篇文章中，我們都是基於C/C++語言來介紹Binder機制的實現的，但是，我們在Android系統開發應用程式時，都是基於Java語言的，因此，我們會在最後一篇文章中，詳細介紹Android系統處理序間通訊Binder機制在應用程式架構層的Java介面實現：

        5. Android系統處理序間通訊Binder機制在應用程式架構層的Java介面原始碼分析。